EMuS厚靶屏蔽及高能质子束准直的初步研究

发布时间：2020-07-01 00:53

【摘要】：2018年8月中国散裂中子源(CSNS)竣工并正式运行,这为我国的缪子源建设提供了一个重要基础条件。实验缪子源(EMuS)作为CSNS未来规划建设的重要研究平台之一,将建造在CSNS的高能质子应用区内。CSNS为EMuS提供功率为5 kW,能量为1.6 GeV的入射质子束。高能质子束轰击缪子靶后,整个靶区和附近的输运线设备上会产生很高的辐射剂量,即使在停机后,由于材料的活化而有很强的感生放射性,靶区的剩余剂量仍然很高。因此,辐射屏蔽是EMuS设计和研究工作中重要的一部分。根据多步发展的规划,EMuS规划了两套方案:简化方案(baby scheme)和基准方案(baseline scheme)。本文主要通过粒子输运蒙特卡罗模拟软件----FLUKA模拟计算1.6 GeV高能质子束流打靶和粒子输运过程。主要包括:1)简化方案质子束打靶后的束斑和能量分布分析、靶上能量沉积分布情况计算、打靶缪子的产额计算及其本底分析以及通过对整个靶区的辐射剂量情况的计算与分析,最终制定合理的屏蔽方案;2)基准方案上靶前后质子束准直分析和准直器的设计工作。针对简化方案,进行了靶上热沉积分布和出射质子束处理、缪子束引出方法等分析和研究。同时,通过对不同靶容器材料、不同屏蔽体材料及不同屏蔽材料的组合方式的屏蔽效果比较,确定了采用5083铝合金靶容器、内层铁屏蔽体加外层无钠混凝土的组合屏蔽方案。针对基准方案,研究了初始质子束准直器及屏蔽体设计。以及对于打靶后的质子束,研究给出了靶与废束站之间的准直器方案,有效控制了出射质子束的束损位置。本论文的研究工作为正在规划建设的国内第一台缪子源装置提供靶区物理设计参数和屏蔽方案,具有重要的工程应用价值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O571.53
【图文】：

18]，新建的有日本 J-PARC 装置上的 MUSE[19]。当研究的四大缪子源分别是 TRIUMF、PSI、ISIS 和靶区是一个高放射性区域，通常结构复杂，靶材料量和功率共同决定了靶区的辐照水平和维护方式。用碳靶、铍靶或铜靶等。靶区设计受各种因素影响大缪子源装置上的靶区布局情况。therford Appleton 实验室的英国散裂中子源（ISIS使用多年，其布局如图 1.1 所示。如图 1.2 所示，个架子上的三块边缘冷却的穿透性石墨板，其尺寸束成 45 度角，靶的有效厚度为 10 mm。质子束能，打靶产生垂直于入射质子束方向的缪子束，缪子直径为 8 cm 的薄铝窗与主质子束分离。质子束屏料主要是钢[20-22]。

示意图,子源,示意图,靶设计

图 1.2 ISIS 缪子源靶示意图I 也采用穿透性靶设计，如图 1.3 所示，前后共有尺寸分别为 40×40×6 mm3和 150×150×6 mm3。 45 度方向引出。质子束的能量为 590MeV，功最高的缪子源(2.2×107μ+/(mAs)和 6.5×107μ+/(是铁和混凝土[23-26]。

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